DE69838985T2

DE69838985T2 - Gemusterte widerstand für eine elektronenemittierende vorrichtung und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69838985T2
Application number: DE69838985T
Authority: DE
Inventors: James M. Redwood City CLEEVES; Christopher J. Menlo Park SPINDT; Roger W. Tafte BARTON; Kishore K. San Jose Chakravorty; Arthur J. Cupertino LEARN; Stephanie J. Sunnyvale OBERG
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: EP1038303A1; JP2003520386A; EP1038303A4; KR20010031483A; DE1038303T1; US6144144A; DE69838985D1; KR100403060B1; WO1999023679A1; EP1038303B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Widerstände. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung den Aufbau bzw. die Struktur sowie die Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, wobei sich elektrisch widerstandsfähiges Material zwischen den Elektronen emittierenden Elementen einerseits und Emitterelektroden andererseits befindet, und wobei sich die Elektronen emittierende Vorrichtung zur Verwendung in einer Flachbildschirmanzeige vom Typ einer Kathodenstrahlröhre ("CRT" als englische Abkürzung von Cathode-Ray Tube) eignet.
STAND DER TECHNIK
Eine Flachbildschirm-CRT-Anzeige besteht im Wesentlichen aus einer Elektronen emittierenden Vorrichtung und einer Licht emittierenden Vorrichtung, die bei niedrigem Innendruck betrieben werden. Die Elektronen emittierende Vorrichtung, die für gewöhnlich bzw. allgemein als eine Kathode bezeichnet wird, weist Elektronen emittierende Elemente auf, die Elektronen über einen weiten bzw. großen Bereich emittieren. Die emittierten Elektronen werden in Richtung von Licht emittierenden Elementen gerichtet, die über einen entsprechenden Bereich in der Licht emittierenden Vorrichtung verteilt sind. Nachdem Elektronen auf die Licht emittierenden Elemente aufgetroffen sind, emittieren die Licht emittierenden Elemente Licht, das ein Bild auf der Anzeige- bzw. Betrachtungsoberfläche der Anzeige erzeugt.
Wenn die Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß den Grundsätzen der Feldemission arbeitet, wird elektrisch widerstandsfähiges Material für gewöhnlich in Reihe mit den Elektronen emittierenden Elementen platziert, um die Stärke des Stromflusses durch die Elektronen emittierenden Elemente zu regeln. Die Abbildung aus 1 veranschaulicht eine herkömmliche Feldemissionsvorrichtung, wie diese in dem U.S. Patent US-A-5.564.959 beschrieben wird, welche entsprechend widerstandsfähiges Material nutzt. In dem Feldemitter aus der Abbildung aus 1 überlagert die elektrisch widerstandsfähige Schicht 10 Emitterelektroden 12, die an der Grundplatte 14 bereitgestellt werden. Steuerelektroden oder Gate-Elektroden 16, von denen eine in der Abbildung aus 1 dargestellt ist, sind an der dielektrischen Schicht 18 und Übergangs-Emitterelektroden 12 angeordnet. Konische Elektronen emittierende Elemente 20 sind an der Widerstandsschicht 10 des Emitters in den Öffnungen 22 durch die dielektrische Schicht 18 angeordnet und sie liegen durch entsprechende Öffnungen 24 in den Steuerelektroden 16 frei.
Bei der Widerstandsschicht bzw. der widerstandsfähigen Schicht 10 handelt es sich für gewöhnlich um einen Flächenwiderstand. Das heißt, der Widerstand 10 erstreckt sich ununterbrochen über die Emitterelektroden 12 und die Zwischenabschnitte der Grundplatte 14. Folglich ist jedes Elektronen emittierende Element 20 elektrisch über die Widerstandsschicht 10 mit jedem anderen Element 20 gekoppelt.
Der Widerstand der Schicht 10 ist für gewöhnlich ausreichend hoch, so dass eine Zwischenkopplung von Elektronen emittierenden Elementen 20 durch die Schicht 10 nur geringe Auswirkungen auf die Funktionsweise der Anzeige aufweist. In der Praxis bedeutet dies, dass die Schicht 10 normalerweise einen so hohen Widerstand 10 aufweist, der jedes Element 20 wirksam von jedem anderen Element 20 elektrisch isoliert. Nichtsdestotrotz fließt ein gewisser und nicht wünschenswerter Verluststrom zwischen den Elementen 20, und zwar aufgrund der Zwischenkopplung untereinander, die durch die Widerstandsschicht 10 bereitgestellt wird.
Das U.S. Patent US-A-5.594.298 offenbart eine Feldemissions-Kathodenvorrichtung, die versucht, es zu verhindern, dass während einem Kurzschluss eingeschmolzenes bzw. durchgeschmolzenes Material streut. Das U.S. Patent US-A-5.574.333 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzanzeigeschirmkathode, welche Mikrospitzen aufweist.
Wünschenswert ist eine Widerstandsschicht, die einen Widerstand in ausgewählten Bereichen entlang der Grundplatte 14 bereitstellt, jedoch dies Bereich nicht selbst miteinander verbindet. Diesbezüglich arbeiten die Elektronen emittierenden Elemente 20 an jeder Stelle, an der eine Steuerelektrode 16 eine Emitterelektrode 12 kreuzt, als eine Einheit und müssen nicht in Bezug auf den Widerstand getrennt sein. Ferner ist es wünschenswert, die Widerstandsschicht so zu konfigurieren, dass die darunter liegende Emitterelektroden extern entlang ihrer oberen Oberflächen elektrisch zugänglich sind, ohne dass es erforderlich ist, eine separate Ätzoperation auszuführen, um Öffnungen durch die Widerstandsschicht zu schneiden. Ferner ist es wünschenswert, ein geeignetes Muster in der Widerstandsschicht bereitzustellen, ohne etwaige weitere Maskierungsschritte zusätzlich zu den Schritten einzusetzen, die eingesetzt werden, um andere Komponenten in dem Feldemitter zu mustern bzw. mit Muster zu versehen.
ALLGEMEINE OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1 mit einer Widerstandsschicht, die so mit Muster versehen bzw. gemustert ist, dass sie die vorstehenden Anforderungen erfüllt. Die vorliegende Widerstandsschicht weist mehrere lateral getrennte Abschnitte auf, die zwischen Elektronen emittierenden Elementen einerseits und Emitterelektroden andererseits angeordnet sind. Die Abschnitte der Widerstandsschicht sind entlang jeder Emitterelektrode räumlich getrennt angeordnet.
Die Widerstandsabschnitte bzw. die widerstandsfähigen Abschnitte liegen auf unterschiedliche Weise unter den Steuerelektroden der vorliegenden Elektronen emittierenden Vorrichtung. In einem allgemeinen Ausführungsbeispiel sind die widerstandsfähigen Abschnitte im Wesentlichen als widerstandsfähige Streifen bzw. Widerstandsstreifen konfiguriert, die sich unter den Steuerelektroden befinden. Jeder Widerstandsstreifen ist ausreichend lang, so dass er sich über mindestens zwei und für gewöhnlich alle Emitterelektroden erstreckt.
Zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, welche die Widerstandsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, wird für gewöhnlich eine Struktur zuerst bereitgestellt, wobei eine Steuerelektrode eine dielektrische Schicht überlagert, welche eine elektrisch widerstandsfähige Schicht überlagert, welche eine Emitterelektrode überlagert. Ein Elektronen emittierendes Element befindet sich in einer zusammengesetzten Öffnung, die sich durch die Steuerelektrode und die dielektrische Schicht in der Struktur erstreckt, so dass das Elektronen emittierende Element die Widerstandsschicht oberhalb der Emitterelektroden überlagert. Das Erzeugen der widerstandsfähigen Abschnitte bzw. der Widerstandsabschnitte umfasst das Entfernen von Abschnitten der Widerstandsschicht, die allgemein unter Zwischenräumen bzw. Räumen angeordnet sind, die an den Seiten der Steuerelektroden angeordnet sind.
Der Entfernungsschritt wird normalerweise ausgeführt, indem die Widerstandsschicht durch eine Maske geätzt wird, die zumindest teilweise mit der Steuerelektrode ausgebildet ist. Beim Einsatz dieser Technik ist es für gewöhnlich nicht erforderlich, dass ein separater Maskierungsschritt ausgeführt wird, um die Widerstandsschicht in getrennte Abschnitte entlang der Emitterelektrode zu mustern. In dem Ausführungsbeispiel, in dem Abschnitte der Widerstandsschicht unter der Steuerelektrode mit lateralen Zwischenabständen angeordnet sind, kann die Widerstandsschicht bzw. die widerstandsfähige Schicht anfänglich unter Verwendung der Maske mit Muster versehen werden, die für gewöhnlich beim Mustern einer Emitterschicht zur Bildung der Emitterelektrode verwendet wird. Es ist wiederum nicht erforderlich einen zusätzlichen Maskierungsschritt auszuführen, um diese erste bzw. anfängliche Musterung der Widerstandsschicht vorzunehmen bzw. bereitzustellen. Das Reinergebnis ist es, dass das gewünschte Muster in der Widerstandsschicht bereitgestellt werden kann ohne die Anzahl der Maskierungsschritte zu erhöhen.
In bestimmten Anwendungen kann ein separater Maskierungsschritt eingesetzt werden, um das erforderliche Muster in der Widerstandsschicht bereitzustellen. Der Einsatz eines separaten Maskierungsschrittes kann sich aus das Verfahren betreffenden Praktikabilitätsgründen ergeben oder in Anbetracht allgemeiner Verarbeitungsbeschränkungen. Unabhängig davon, ob ein separater Maskierungsschritt beim Mustern (Patterning) der Widerstandsschicht zum Einsatz kommt, werden Teile der oberen Oberflächen der Emitterelektroden nicht durch die Widerstandsschicht abgedeckt. Folglich können externe elektrische Kontakt mit den oberen Oberflächen der Emitterelektroden hergestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, eine separate Operation auszuführen, um Öffnungen durch die Widerstandsschicht zu schneiden. Die Herstellung bzw. Fertigung des vorliegenden Widerstands ist höchst ökonomisch bzw. wirtschaftlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht des Kerns einer herkömmlichen Elektronen emittierenden Vorrichtung;
die 2 und 3 strukturelle Querschnittsansichten des Kerns einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, die mit einem vertikalen Emitterwiderstand bereitgestellt ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung gemustert ist; wobei die Querschnittsansicht aus 2 durch die Ebene 2-2 aus 3 vorgesehen ist; und wobei die Querschnittsansicht aus 3 durch die Ebene 3-3 aus 2 vorgesehen ist;
4 eine Perspektivansicht der Elektronen emittierenden Vorrichtung aus den Abbildungen der 2 und 3;
die 5 und 6 strukturelle Querschnittsansichten des Kerns einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, die mit einem anderen vertikalen Emitterwiderstand bereitgestellt ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung gemustert ist; wobei die Querschnittsansicht aus 5 durch die Ebene 5-5 aus 6 vorgesehen ist; und wobei die Querschnittsansicht aus 6 durch die Ebene 6-6 aus 5 vorgesehen ist;
7 eine Perspektivansicht der Elektronen emittierenden Vorrichtung aus den Abbildungen der 5 und 6;
die 8a–8m strukturelle Querschnittsansichten, welche Schritte der Herstellung eines Ausführungsbeispiels der Elektronen emittierenden Vorrichtung aus den Abbildungen der 2 bis 4 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
die 9a–9m weitere strukturelle Querschnittsansichten, die entsprechend den Abbildungen der 8a–8m entsprechen; wobei die Abbildungen der 8a–8m durch die Ebene 8-8 aus den Abbildungen der 9a–9m vorgesehen sind; und wobei die Abbildungen der 9a–9m durch die Ebene 9-9 aus den Abbildungen der 8a–8m vorgesehen sind;
die 10a und 10b strukturelle Querschnittsansichten, die eine Reihe von Schritten darstellen, die die Schritte ersetzen können, die durch die Abbildungen der 8i und 8m dargestellt sind;
die 11a und 11b strukturelle Querschnittsansichten, die eine Reihe von schritten darstellen, welche die Schritte ersetzen können, die durch die Abbildungen der 9i und 9m dargestellt werden;
die 12a–12c strukturelle Querschnittsansichten, die einen Teil der Schritt der Herstellung eines Ausführungsbeispiels der Elektronen emittierenden Vorrichtung aus den Abbildungen der 5–7 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen; wobei die Abbildungen der 8d–8m die Schritte darstellen, die auf die Schritte aus den Abbildungen der 12a–12c bei der Herstellung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Elektronen emittierenden Vorrichtung aus den Abbildungen der 5–7 folgen;
die 13a–13m entsprechende strukturelle Querschnittsansichten, die den Abbildungen der 12a–12c und 8d–8m entsprechen; wobei die Abbildungen der 12a–12c durch die Ebene 12-12 aus den 13a–13c vorgesehen sind; wobei die Abbildungen der 8d–8m durch die Ebene 8-8 aus den 13d–13m vorgesehen sind; und wobei die Abbildungen der 13a–13m durch die Ebene 13-13 aus den Abbildungen der 12a–12c und 8d–8m vorgesehen sind, wobei sich die Ebene 13-13 an der gleichen Position befindet wie die Ebene 9-9;
die 14 und 15 strukturelle Querschnittsansichten des Kerns einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, die mit einem weiteren vertikalen Emitterwiderstand vorgesehen ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung gemustert ist; wobei die Querschnittsansicht aus 14 durch die Ebene 14-14 aus 15 vorgesehen ist; und wobei die Querschnittsansicht aus 15 durch die Ebene 15-15 aus 14 vorgesehen ist;
die 16 und 17 strukturelle Querschnittsansichten des Kerns einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, die mit einem wiederum anderen vertikalen Emitterwiderstand vorgesehen ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung gemustert ist; wobei die Querschnittsansicht aus 16 durch die Ebene 16-16 aus 17 vorgesehen ist; und wobei die Querschnittsansicht aus 17 durch die Ebene 17-17 aus 16 vorgesehen ist; und
18 eine strukturelle Querschnittsansicht einer Flachbildschirm-CRT-Anzeige, die einen Gate-Feldemitter aufweist, der einen mit Muster versehenen Emitterwiderstand aufweist, der gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele werden übereinstimmende bzw. ähnliche Bezugszeichen eingesetzt, um die gleichen oder sehr ähnliche Elemente darzustellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein vertikaler Widerstand, der in Reihe mit Elektronen emittierenden Elementen einer Elektronen emittierenden Vorrichtung gekoppelt ist, in mehrere Abschnitte gemustert bzw. unterteilt, die entlang jeder Emitterelektrode in der Vorrichtung lateral mit Zwischenabständen angeordnet sind. Der Elektronenemitter gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet für gewöhnlich gemäß den Feldemissionsgrundsätzen bezüglich der Erzeugung von Elektronen, die es bewirken, dass sichtbares Licht von entsprechenden Licht emittierenden Phosphor- bzw. Leuchtstoffelementen einer Licht emittierenden Vorrichtung emittiert wird. Die Kombination der Elektronen emittierenden Vorrichtung, die häufig als Feldemitter bezeichnet wird, und der Licht emittierenden Vorrichtung bildet eine Kathodenstrahlröhre einer Flachbildschirmanzeige, wie etwa eines Flachbildschirmfernsehers oder eines Flachbildschirmmonitors für einen Personalcomputer, einen Laptopcomputer oder eine Workstation.
In der folgenden Beschreibung betrifft der Begriff "elektrisch isolierend" (oder "dielektrisch") allgemein Materialien mit einem höheren Widerstand als 10¹⁰ Ohm-cm. Elektrisch nicht isolierende Materialien teilen sich auf in (a) elektrisch leitfähige Materialien, bei denen der Widerstand kleiner ist als 1 Ohm-cm, und (b) elektrisch widerstandsfähige Materialien, deren Widerstand im Bereich zwischen 1 Ohm-cm und 10¹⁰ Ohm-cm liegt. Diese Kategorien werden bei einem elektrischen Feld von nicht mehr als 1 Volt/μm bestimmt.
Beispiele für elektrisch leitfähige Materialien (oder elektrische Leiter) sind Metalle, Metall-Halbleiterverbindungen (wie etwa Metalsilizide) und Metall-Halbleiter-Eutektika. Die elektrisch leitfähigen Materialien umfassen ferner Halbleiter, die auf einen moderaten oder hohen Wert dotiert sind (n-Typ oder p-Typ). Die Halbleiter können monokristallin, multikristallin, polykristallin oder amorph sein.
Zu den elektrisch widerstandsfähigen Materialien zählen (a) Metall-Isolator-Zusammensetzungen, wie etwa Cermet, (b) bestimmte Silizium-Kohlenstoff-Zusammensetzungen, wie etwa Siliziumkarbid und Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff, (c) Formen von Kohlenstoff, wie etwa Graphit, amorpher Kohlenstoff und modifizierter (z. B. dotierter oder mittels Laser modifizierter) Diamant und (d) Halbleiter-Keramikwerkstoff-Zusammensetzungen. Weitere Beispiele für elektrisch widerstandsfähige Materialien sind frei bzw. intrinsisch und leicht dotierte (N-Typ oder P-Typ) Halbleiter.
Gemäß der nachstehenden Verwendung handelt es sich bei einem senkrechten Trapez um ein Trapez, dessen Basis (a) sich senkrecht zu der als Vertikale dienenden Richtung erstreckt, (b) sich parallel zu der Oberseite erstreckt und (c) langer ist als die Oberseite. Ein Querprofil weist einen vertikalen Querschnitt durch eine Ebene auf, die senkrecht zu der Länge eines lang gestreckten bzw. elongierten Bereichs ist. Die Zeilenrichtung in einem Matrix adressierten Feldemitter für eine Flachbildschirmanzeige ist die Richtung, in welche sich die Zeilen der Bildelemente (Pixel) erstrecken. Die Spaltenrichtung ist die Richtung, in welche sich die Spalten von Pixeln erstrecken, und sie verläuft senkrecht zu der Zeilenrichtung.
Die Abbildungen der 2 bis 4 veranschaulichen den Kern eines Matrix adressierten Feldemitters, der einen vertikalen Emitterwiderstand aufweist, gemustert bzw. aufgeteilt in Widerstandsstreifen auf vertikal ausgerichtete Art und Weise gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Querschnitte der Abbildungen der 2 und 3 sind durch senkrechte Ebenen vorgesehen. Der Feldemitter aus den Abbildungen der 2 bis 4 wird aus einer flachen, elektrisch isolierenden Basisplatte bzw. Grundplatte (Substrat) 30 erzeugt, die für gewöhnlich aus Glas besteht, wie zum Beispiel aus dem Glas Schott D263 mit einer Dicke von ungefähr 1 mm. Zur Vereinfachung der bildlichen Veranschaulichung ist die Grundplatte 30 in der Perspektivansicht aus der Abbildung aus 4 nicht dargestellt.
Eine Gruppe allgemein paralleler Emitterelektroden 32 ist an der Grundplatte 30 angeordnet. Die Emitterelektroden 32 erstrecken sich in die Zeilenrichtung und bilden Zeilenelektroden. Wie dies in den Abbildungen der 3 und 4 dargestellt ist, wist jede Emitterelektrode 32 ein Querprofil auf, das grob die Form eines senkrechten, gleichschenkeligen Trapezes aufweist. Der spitze Winkel in dem trapezförmigen Profil liegt zwischen 5 und 75°, vorzugsweise bei 15°. Das Profil hilft bei der Verbesserung der Stufenabdeckung der über bzw. oberhalb der Emitterelektroden 32 gebildeten Schichten bzw. Lagen.
Die Emitterelektroden 32 bestehen für gewöhnlich aus Aluminium, Nickel oder Chrom oder aus einer Legierung beliebiger dieser Metalle. Im Fall von Aluminium weisen die Emitterelektroden 32 für gewöhnlich eine Dicke zwischen 0,1 und 0,5 μm auf. Alternativ kann jede Emitterelektrode 32 mit einer Aluminiumschicht gebildet werden, deren obere Oberfläche mit einer dünnen Metallschicht (nicht abgebildet) überzogen ist, wie etwa mit Tantal, wobei dieses eine gute Bindung mit Materialien aufweist, die eingesetzt werden, um externe elektrische Verbindungen mit den oberen Oberflächen der Elektroden 32 herstellen. Eine Anodenschicht bzw. eine anodische Schicht aus Metalloxid (ebenfalls nicht abgebildet) kann entlang den Seitenwänden jeder Elektrode 32 liegen.
Eine gemusterte, elektrisch widerstandsfähige Schicht, die aus einer Gruppe lateral getrennter, allgemein paralleler Streifen 34 besteht, ist oberhalb der Emitterelektroden 32 angeordnet und erstreckt sich in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 32 nach unten zu der Grundplatte 30. Widerstandsstreifen 34 erstrecken sich in die Spaltenrichtung und sind entlang jeder Emitterelektrode 32 mit Zwischenabständen angeordnet. Jeder Widerstandsstreifen 34 erstreckt sich über alle der Elektroden 32. Folglich überlagern die Streifen 34 lateral getrennte Teile jeder Elektrode 32. Die Streifen 34 sind dahingehend vertikale Widerstände, dass Strom durch die Streifen 34 großteils in die vertikale Richtung zwischen den Elektroden 32 und den überlagernden Elektronen emittierenden Elementen fließt, wie dies nachstehend im Text näher beschrieben ist.
Jeder der Widerstandsstreifen 34 besteht für gewöhnlich aus einer unteren Schicht aus einer Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung und einer oberen Schicht aus Cermet. Die Dicke der unteren Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Schicht liegt zwischen 0,1 und 0,4 μm, wobei sie für gewöhnlich 0,3 μm entspricht. Die Dicke der oberen Cermet-Schicht liegt zwischen 0,01 und 0,1 μm, wobei sie für gewöhnlich 0,05 μm beträgt. Alternativ kann es sich bei jedem Widerstandsstreifen 34 um eine einzelne Schicht handeln, die im Wesentlichen zum Beispiel aus Cermet oder einer Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung besteht. In jedem Fall stellt jeder Streifen 34 einen vertikalen Widerstand von 10⁶–10¹⁰ Ohm, für gewöhnlich von 10⁹ Ohm, zwischen den darunter liegenden Abschnitten der Emitterelektroden 32 und den darüber liegenden Elektronen emittierenden Elementen bereit.
Eine gemusterte bzw. mit Muster versehene dielektrische Schicht, die aus einer Gruppe lateral getrennter, allgemein paralleler Streifen 36 besteht, überlagert die Widerstandsstreifen 34. Jeder dielektrische Streifen 36 liegt vollständig auf einem entsprechenden der Widerstandsstreifen 34. Die longitudinalen Seitenkanten jedes dielektrischen Streifens 36 befinden sich in ungefährer vertikaler Ausrichtung mit den longitudinalen Seitenkanten des entsprechenden Widerstandsstreifens 34. Die dielektrischen Streifen 36 bestehen für gewöhnlich aus Siliziumoxid mit einer Dicke zwischen 0,1 und 0,4 μm.
Eine Gruppe von allgemein parallelen Steuerelektroden 38 überlagert die dielektrischen Streifen 36 über den Widerstandsstreifen 34. Jede Steuerelektrode 38 liegt auf der ganzen oberen Oberfläche eines entsprechenden der dielektrischen Streifen 36 und überlagert somit vollständig den darunter liegenden Widerstandsstreifen 34. Aufgrund der Eigenschaften der Ätzvorgänge, die für gewöhnlich eingesetzt werden, um die longitudinalen Seitenkanten der Streifen 34 und 36 zu definieren, kann jede Steuerelektrode 38 geringfügig breiter sein als der darunter liegende dielektrische Streifen 36 und/oder der darunter liegende Widerstandsstreifen 34. Das heißt, die Steuerelektroden 38 können die Streifen 34 und 36 geringfügig überlappen. Unter Berücksichtigung dieser geringfügigen Überlappung befinden sich die longitudinalen Seitenkanten jeder Steuerelektrode 38 in ungefährer vertikaler Ausrichtung mit den longitudinalen Seitenkanten des entsprechenden dielektrischen Streifens 36, und somit befinden sie sich in ungefährer vertikaler Ausrichtung mit den Längskanten des entsprechenden Widerstandsstreifens 34. Ebenso wie bei den Streifen 34 und 36 erstrecken sich die Elektroden 38 in die Spaltenrichtung. Somit handelt es sich bei den Elektroden 38 um Spaltenelektroden.
Die Steuerelektroden 38 können auf unterschiedliche Art und Weise konfiguriert werden. Zum Beispiel kann jede Elektrode 38 implementiert werden als ein Hauptsteuerabschnitt und ein oder mehrere angrenzende Gate-Abschnitte, wie dies nachstehend in Bezug auf die Abbildungen der 8a–8m und 9a–9m näher beschrieben wird. Die Hauptsteuerabschnitte erstrecken sich über die gesamte Länge der Elektroden 38. Jeder Gate-Abschnitt überspannt (d. h. erstreckt sich vollständig darüber) eine Hauptsteueröffnung in dem angrenzenden Hauptsteuerabschnitt. In einem derartigen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hauptbestandteil der Hauptsteuerabschnitte für gewöhnlich um Chrom mit einer Dicke von 0,3 μm. Alternativ kann es sich bei dem Hauptbestandteil der Hauptsteuerabschnitte um Aluminium mit einer Dicke von 0,1 μm handeln. In diesem Fall kann ein Überzug aus einem Metall, wie zum Beispiel aus Tantal, die obere Oberfläche des Aluminiums in jedem Hauptsteuerabschnitt abdecken, um die Herstellung externer elektrischer Verbindungen mit den oberen Oberflächen der Hauptsteuerabschnitte zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Eine Anodenschicht aus Metalloxid (nicht abgebildet) kann entlang den Seitenwänden jedes Hauptsteuerabschnitts liegen bzw. angeordnet sein. Die Gate-Abschnitte bestehen für gewöhnlich aus Chrom mit einer Dicke von 0,04 μm.
Eine Anordnung von Zeilen und Spalten lateral getrennter Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen 40 befinden sich oben auf den Widerstandsstreifen 34 in Zusammensetzungs- bzw. Verbundöffnungen, die sich durch die dielektrischen Streifen 36 und die Spaltenelektroden 38 erstrecken. Jede Verbundöffnung besteht aus (a) einer dielektrischen Öffnung 42, die sich durch einen der dielektrischen Streifen 36 erstreckt, und (b) einer Steueröffnung 44, die sich durch die überlagernde Steuerelektrode 38 erstreckt. Der obere Bereich der dielektrischen Öffnung 42 in jeder Verbundöffnung 42/44 ist für gewöhnlich breiter als deren Steueröffnung 44.
Jede der Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen 40 besteht normalerweise aus mehreren Elementen 40. Die Elektronen emittierenden Elemente 40 in jeder unterschiedlichen Anordnung berühren einen Abschnitt eines Widerstandsstreifens 34 an der Stelle, an der die entsprechende Steuerelektrode 38 eine Emitterelektrode 32 kreuzt. Jede Anordnung von Elementen 40 ist über den darunter liegenden Widerstandsstreifen 34 mit der darunter liegenden Emitterelektrode 32 elektrisch gekoppelt. Folglich sind die Anordnungen von Elementen 40 in jeder Zeile der Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen entsprechend durch die darunter liegenden Abschnitte aller Widerstandsstreifen 34 mit der darunter liegenden Emitterelektrode 32 elektrisch gekoppelt. Andererseits sind die Anordnungen von Elementen 40 in jeder Spalte der Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen entsprechend durch Abschnitte des darunter liegenden Widerstandsstreifens 34 mit allen Emitterelektroden 32 elektrisch gekoppelt.
Die Elektronen emittierenden Elemente 40 weisen für gewöhnlich eine konische Form auf, wie dies in den Abbildungen der 2–4 dargestellt ist. In diesem Fall handelt es sich bei dem Hauptbestandteil der Elemente 40 für gewöhnlich um Molybdän. Die Elemente können aber auch andere Formen aufweisen, wie zum Beispiel Fäden oder Kegel auf Podesten. Dabei können die dielektrischen Öffnungen 42 anschließend entsprechend abweichend von der allgemein Darstellung in den Abbildungen der 2 bis 4 geformt werden.
Während dem Feldemitterbetrieb werden die Spannungen an den Elektroden 32 und 38 so gesteuert bzw. geregelt, dass die Steuerelektroden 38 Elektronen von den Elektronen emittierenden Elementen 40 in ausgewählten Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen extrahieren.
Eine Anode in der Licht emittierenden Vorrichtung (hier nicht abgebildet), die gegenüber den Elementen 40 angeordnet ist, zieht die extrahierten Elektronen in Richtung der Licht emittierenden Elemente, die dicht an der Anode angeordnet sind. Wenn die Elektronen von jedem aktivierten Elektronen emittierenden Element 40 emittiert werden, fließt ein positiver Strom durch den darunter liegenden Widerstandsstreifen 34 zu der darunter liegenden Emitterelektrode 32.
Die Widerstandsstreifen 34 versehen den Feldemitter mit einer Einheitlichkeit bzw. Gleichmäßigkeit der Elektronenemission und des Schutzes vor Kurzschlüssen. Im Besonderen begrenzen die Streifen 34 den maximalen Strom, der durch aktivierte Elektronen emittierende Elemente 40 fließen kann. Da der durch jedes aktivierte Element 40 fließende positive Strom gleich dem Elektronenstrom ist, der durch dieses Element 40 bereitgestellt wird, begrenzen die Streifen 34 die Anzahl der Elektronen, die durch die aktivierten Elemente 40 emittiert werden. Dies verhindert es, dass einige der Elemente 40 viel mehr Elektronen bereitstellen als andere der Elemente 40 bei der gleichen Extraktionsspannung, und wobei somit verhindert wird, dass unerwünscht helle Punkte auf der Anzeigeoberfläche der Flachbildschirmanzeige auftreten.
Wenn ferner eine der Steuerelektroden 38 mit dem darunter liegenden Widerstandsstreifen 34 kurzgeschlossen wird und somit mit der darunter liegenden Emitterelektrode 32 elektrisch gekoppelt wird, begrenzt der Widerstandsstreifen 34 an der Kurzschlussposition erheblich den Strom, der durch die Kurzschlussverbindung fließt. Der vertikale Widerstand des Streifens 34 an der Kurzschlussposition ist so hoch, dass im Wesentlichen der ganze normale Spannungsabfall zwischen den Elektroden 38 und 32 an der Kurzschlussposition an dem intervenierenden Abschnitt des Widerstandsstreifens 34 auftritt. In Verbindung mit einem zweckmäßigen Design des Elektronenemitters beeinflusst das Vorhandensein eines Kurzschlusses nicht nachteilig die Funktionsweise bzw. den Betrieb einer der anderen Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen 40.
Ein derartiger Kurzschluss kann durch einen leitfähigen Pfad entstehen, der durch einen dielektrischen Streifen 36 erzeugt wird oder dadurch, dass ein oder mehrere Elektronen emittierende Elemente 40 in Kontakt mit ihrer Steuerelektrode 38 gelangen. Im Falle eines Kurzschlusses zwischen Steuerelektrode und Elektronen emittierendem Element ist normalerweise jedes kurzgeschlossene Elektronen emittierende Element 40 fehlerhaft. Die Widerstandsstreifen 34 begrenzen jedoch den Strom durch jedes kurzgeschlossene Element 40 ausreichend, so dass nicht kurzgeschlossene Elemente 40 in dieser Anordnung von Elektronen emittierenden Elementen normalerweise weiter so arbeiten bzw. funktionsfähig sind, wie dies beabsichtigt ist. Die Widerstandsstreifen 40 ermöglichen es somit normalerweise, dass eine Anordnung von Elektronen emittierenden Elementen 40, welche einen geringen prozentualen Anteil kurzgeschlossener Elemente 40 enthält, die beabsichtigte Elektronen emittierende Funktion in geeigneter Weise ausführt. Die Einheitlichkeit bzw. Gleichmäßigkeit der Elektronenemission bleibt im Wesentlichen erhalten.
In Bezug auf die Abbildungen der 5 bis 7 veranschaulichen diese den Kern eines anderen Matrix adressierten Feldemitters, der einen vertikalen Emitterwiderstand aufweist, der gemäß der vorliegenden Erfindung vertikal in Widerstandsabschnitte gemustert bzw. unterteilt ist. Die Querschnittsansichten aus den Abbildungen der 5 und 6 sind durch senkrechte Ebenen vorgesehen. Der Feldemitter aus den Abbildungen der 5 bis 7 ist der gleiche Feldemitter wie in den Abbildungen der 2 bis 4, mit der Ausnahme, dass der gemusterte Widerstand als eine Anordnung von Zeilen und Spalten lateraler getrennter Abschnitte 46 konfiguriert ist an Stelle einer Konfiguration in Widerstandsstreifen 34. Zusätzlich zu den Widerstandsabschnitten 46 weist der Feldemitter aus den Abbildungen der 5 bis 7 die Komponenten 30, 32, 36, 38 und 40 auf. Ebenso wie bei der Perspektivansicht aus der Abbildung aus 4 ist die Grundplatte 30 in der Perspektivansicht aus der Abbildung aus 7 nicht dargestellt.
Bei dem Feldemitter aus den Abbildungen der 5–7 befinden sich die Widerstandsabschnitte 46 vollständig an den Emitterelektroden 32. Somit erstrecken sich die dielektrischen Streifen 36 nach unten zu der Grundplatte in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 32. Jeder Widerstandsabschnitt 46 weist Seitenkanten in Zeilenrichtung auf, die sich in ungefährer vertikaler Ausrichtung mit den longitudinalen Seitenkanten (Abschnitten dieser) einer entsprechenden der darunter liegenden Elektroden 32 befinden. Ähnlich den Widerstandsabschnitten 34 sind die Widerstandabschnitte 46 in jeder Zeile von Abschnitten 46 lateral getrennt entlang der darunter liegenden Elektrode 32. Die Zusammensetzung der Widerstandsabschnitte 46 entspricht normalerweise der Zusammensetzung der Widerstandsstreifen 34.
Die Widerstandsabschnitte 46 liegen vollständig unter den dielektrischen Streifen 36 unter den Steuerelektroden 38. Im Besonderen ist jede Spalte der Widerstandsstreifen 46 entlang einem entsprechenden der überlagernden dielektrischen Streifen 36 lateral versetzt und somit auch entlang der entsprechenden der überlagernden Elektroden 38. Die longitudinalen Seitenkanten jeder Steuerelektrode 38 sind wiederum ungefähr vertikal ausgerichtet mit den longitudinalen Seitenkanten des entsprechenden dielektrischen Streifens 36. Jeder Widerstandsabschnitt 46 weist Seitenkanten in Spaltenrichtung auf, die sich in ungefährer vertikaler Ausrichtung mit den longitudinalen Seitenkanten (Abschnitten dieser) der entsprechenden Steuerelektrode 38 befinden. Diesbezüglich kann sich jede Steuerelektrode 38 in die Zeilenrichtung geringfügig über den darunter liegenden dielektrischen Streifen 36 hinaus erstrecken und/oder in die Zeilenrichtung geringfügig über jeden darunter liegenden Widerstandsabschnitt 46 hinaus.
Wie dies in den Abbildungen der 6 und 7 dargestellt ist, weisen die Emitterelektroden 32 wiederum Querprofile auf, die ungefähr die Form senkrechter, gleichschenkeliger Trapeze aufweisen. Die Widerstandsabschnitte 46 weisen entsprechende Profile auf, die ungefähr die Form senkrechter, gleichschenkeliger Trapeze in vertikalen Ebenen aufweisen, die sich in die Spaltenrichtung erstrecken. Die spitzen Winkel in den Trapezen für die Komponenten 32 und 46 liegen zwischen 5 und 75°, vorzugsweise bei 15°. Die Basis des Trapezprofils für jeden Widerstandsabschnitt 46 weist ungefähr die gleiche Länge auf wie die Oberseite des Trapezprofils für die darunter liegende Emitterelektrode 32. Somit weist jede Emitterelektrode 32 eine längerer Basislänge des Trapezes in die Spaltenrichtung auf als die darüber liegenden Widerstandsabschnitte 46. Durch die derartige Konfiguration der Komponenten 32 und 46 wird die Stufenabdeckung in den über den Komponenten 32 und 46 gebildeten Schichten verbessert.
Die dielektrische Streifen 36 und Steuerelektroden 38 sind in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 5 bis 7 mehr gekrümmt al in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 2 bis 4. Dies ist der Fall, da die Widerstandsabschnitte 46 die Emitterelektroden 32 vollständig überlagern, anstatt sich zu der Grundplatte 30 nach unten zu erstrecken in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 32, wie dies in Bezug auf die Widerstandsstreifen 34 der Fall ist. Neben diesem Unterschied und den anderen vorstehend genannten Unterschieden ist der Feldemitter aus den Abbildungen der 5 bis 7 im Wesentlichen so konfiguriert und arbeitet im Wesentlichen so, wie dies in Bezug auf die Abbildungen der 2–4 beschrieben worden ist.
Die Abbildungen der 8a–8m und 9a–9m veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels des Feldemitters aus den Abbildungen der 2 bis 4. Die in jeder der Abbildungen der 9x, wobei x zwischen a und m liegt, dargestellte Struktur ist durch eine Ebene dargestellt, die senkrecht ist zu der Struktur, die in der entsprechenden 8x dargestellt ist. Die Querschnitte aus den Abbildungen der 8a–8m (gemeinsam "8") führen zu einem Ausführungsbeispiel der Querschnittsansicht aus 2. Die Querschnittsansichten aus den Abbildungen de 9a–9m (gemeinsam "9") führen zu einem Ausführungsbeispiel der Querschnittsansicht aus 3.
Der Ausgangspunkt für das Verfahren aus den Abbildungen der 8 und 9 ist die Grundplatte 30. Eine flächendeckende, elektrisch nicht isolierende Emitterschicht 32P wird auf der Grundplatte 30 gebildet, wie dies in den Abbildungen der 8a und 9a dargestellt ist. Die Emitterschicht 32P wird für gewöhnlich durch Sputtern von Aluminium, Nickel oder Chrom auf der Grundplatte 30 gebildet.
Eine Photoresistmaske 50, welche das allgemeine für die Emitterelektroden 32 vorgesehene Muster trägt, wird auf der Emitterschicht 32P gebildet. Siehe die 8b und 9b. Die Photoresistmaske 50 weist Seitenwände auf, die sich stark nach außen neigen von der oberen Photoresistoberfläche zu der unteren Photoresistoberfläche. Diese Neigung wird für gewöhnlich erreicht durch Backen des Photoresist 50 auf einer Temperatur, die über der Glasübergangstemperatur liegt, wodurch bewirkt wird, dass das Photoresist 50 fließt. Der Fluss führt zu einem schrägen Photoresistprofil in der Form, die allgemein in der Abbildung aus 9b dargestellt ist.
Die frei liegenden Abschnitte der Schicht 32P werden so entfernt, dass der Rest der Schicht 32P die Emitterelektroden 32 bildet, mit Querprofilen, die ungefähr die Form senkrechter, gleichschenkeliger Trapeze aufweisen. Dieser Schritt des Musters umfasst für gewöhnlich das Ätzen des frei liegenden Materials der Schicht 32P mit einem Ätzmittel, das das Photoresist der Maske 50 angreift, und zwar mit einer Rate, die verhältnismäßig hoch ist im Vergleich zu der Rate, mit der das Ätzmittel das Material der Schicht 32P angreift. Folglich wird das Photoresist 50 während der Ätzperiode lateral und vertikal erodiert bzw. abgetragen. Aufgrund der Erosion von Photoresist werden Elektroden 32 mit den indizierten schrägen Seitenwänden erzeugt. Die Abbildungen der 8b und 9b veranschaulichen die Form des Photoresist 50 an dem Ende des Musterschrittes der Emitterelektrode, wobei das Photoresist 50 zu Beginn des Musterungsschrittes größer gewesen ist.
Der Schritt des Musters der Emitterelektrode wird normalerweise mit Plasma durchgeführt, für gewöhnlich mit Chlorplasma. Alternativ kann das Mustern der Emitterelektrode mit einem flüssigen chemischen Ätzmittel erfolgen. Die Adhäsionsstärke des Photoresist 50 an der Emitterschicht 32P regelt danach die Seitenwandneigung bzw. die Seitenwandschräge.
Nach der Entfernung des Photoresist 50 wird optional ein Sputter-Ätzen ausgeführt, um die oberen Oberflächen der Elektroden 32 zu reinigen. Danach wird eine flächendeckende, elektrisch widerstandsfähige Schicht 34P auf der Oberseite der Emitterelektroden 32 gebildet. Siehe 8c und 9c. Die Widerstandsschicht 34P erstreckt sich nach unten zu der Grundplatte 30 in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 32.
Die Widerstandsschicht 34P wird für gewöhnlich abgeschieden als eine untere Schicht einer Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Zusammensetzung und eine obere Schicht aus Cermet. Die in der internationalen Anmeldung PCT/US98/12461 von Knall et al, eingereicht am 19. Juni 1998, offenbarten Techniken werden für gewöhnlich eingesetzt, um die Schicht 34P auf diese Weise zu bilden. Alternativ kann eine Schicht aus Cermet oder eine Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Zusammensetzung abgeschieden werden, um die Schicht 34P zu bilden. In jedem Fall wird die Bildung der Widerstandsschicht 34P für gewöhnlich durch Sputter-Abscheidung erreicht. Durch Plasma geförderte chemische Bedampfung kann alternativ für die Bildung der Schicht 34P eingesetzt werden.
Der Feldemitter ist unterteilt in (a) einen aktiven Vorrichtungsbereich, in dem später die Elektronen emittierenden Elemente 40 gebildet werden, und (b) einen peripheren Vorrichtungsbereich, der lateral außerhalb des aktiven Vorrichtungsbereichs angeordnet ist. Zur Untersuchung des Feldemitters während der Herstellung kann es wünschenswert sein, elektrisch auf die Emitterelektroden 32 entlang deren oberen Oberflächen in dem peripheren Vorrichtungsbereich unmittelbar nach dem Abscheiden der Widerstandsschicht 34P zuzugreifen. Wenn dies der Fall ist, kann die Schicht 34P gebildet werden durch selektives Abscheiden des bzw. der Widerstandsmaterials/Widerstandsmaterialien unter Verwendung einer Schattenmaske, um es zu verhindern, dass das bzw. die Widerstandsmaterial(ien) sich an den peripheren Regionsbereichen sammelt, wo auf die Elektroden 32 zugegriffen werden soll. Die Schattenmaske weist Abscheidungssperrblöcke auf, die über diesen peripheren Regionsbereichen angeordnet sind.
In jedem Fall wird eine flächendeckende dielektrische Schicht 36P in der Folge auf der Widerstandsschicht 34P abgeschieden, wie dies in den Abbildungen der 8d und 9d dargestellt ist. Die dielektrische Schicht 36P besteht für gewöhnlich aus Siliziumoxid, gebildet durch chemische Bedampfung. Eine flächendeckende, elektrisch nicht isolierende Hauptsteuerschicht 52 wird auf der dielektrischen Schicht 36P gebildet, wie dies durch die Abbildungen der 8d und 9d dargestellt ist. Die Hauptsteuerschicht 52 wird für gewöhnlich erzeugt durch Sputter-Abscheidung von Chrom oder Aluminium auf der dielektrischen Schicht 36P erzeugt.
Eine Photoresistmaske 54, welche das für die Hauptsteuerabschnitte vorgesehene Muster trägt bzw. aufweist, wird an der Hauptsteuerschicht 52 gebildet. Siehe die 8e und 9e. Die frei liegenden Abschnitte der Schicht 52 werden mit einem chemischen Ätzmittel entfernt. Alternativ kann ein Plasma eingesetzt werden, um die frei liegenden Abschnitte der Schicht 52 zu entfernen. Der mit Muster versehene Rest 52A der Schicht 52 besteht aus einer Gruppe lateral getrennter Hauptsteuerabschnitte, die sich in die Spaltenrichtung erstrecken.
Eine Anordnung von Zeilen und Spalten von Hauptsteueröffnungen 56 erstreckt sich durch die Hauptsteuerabschnitte 52A nach unten zu der dielektrischen Schicht 36P. Eine Hauptsteueröffnung 56 ist für jede Anordnung von Elektronen emittierenden Elementen 40 vorgesehen. Im Besonderen ist an jeder stelle eine Hauptsteueröffnung 56 vorhanden, an der der Hauptsteuerabschnitt 52A eine Emitterelektrode 32 kreuzt.
Nach der Entfernung von Photoresist 54 wird eine flächendeckende, elektrisch nicht isolierende Gate-Schicht 58 abgeschieden, für gewöhnlich durch Besputtern, und zwar oben auf der Struktur, wie dies in den Abbildungen der 8f und 9f dargestellt ist. Die Gate-Schicht 58 liegt auf den Hauptsteuerabschnitten 52A und erstreckt sich in die Hauptsteueröffnungen 56, so dass die Öffnungen 56 vollständig abgedeckt werden. Die Gate-Schicht 58 besteht für gewöhnlich aus Chrom. Alternativ kann die Gate-Schicht 58 erzeugt werden bevor die Hauptsteuerabschnitte 52A erzeugt werden. In diesem Fall liegen die Abschnitte 52A oben auf der Schicht 58.
Die Gate-Öffnungen, welche die Steueröffnungen 44 implementieren, werden an mehreren Stellen durch jeden der Abschnitte der Gate-Schicht 58 gebildet, welche die Hauptsteueröffnungen 56 überspannen bzw. abdecken. Siehe dazu die Abbildungen der 8g und 9g. Die Gate-Öffnungen 44 werden für gewöhnlich erzeugt gemäß einem Ladungsteilchen-Verfolgungsverfahren der Art, wie dies in dem U.S. Patent US-A-5.559.389 oder dem U.S. Patent US-A-5.564.959 beschrieben wird. Das Element 58A aus den Abbildungen der 8g und 9g zeigt den Rest der Gate-Schicht 58 an.
Unter Verwendung der Gate-Schicht 58A als eine Ätzmaske werden dielektrische Streifen 36P durch die Gate-Öffnungen 44 geätzt, so dass die dielektrischen Öffnungen 42 gebildet werden. Die Abbildungen der 8h und 9h zeigen die resultierende Struktur. Die Elemente 36Q stellen die Reste der dielektrischen Streifen 36P dar. Das Ätzen zur Erzeugung der Gate-Öffnungen 44 wird normalerweise so ausgeführt, dass die dielektrischen Öffnungen 42 die Gate-Schicht 58A in gewisser Weise unterschneiden. Das Ausmaß des Unterschneidens ist ausreichend hoch, so dass es verhindert wird, dass sich das auf der Schicht abgeschiedene Emitterkonusmaterial an den Seitenwänden der dielektrischen Öffnungen 42 ansammelt und die Elektronen emittierenden Elemente 42 mit dem Gate-Material kurzschließt.
Die Elektronen emittierenden Kegel 40 werden jetzt in den Verbundöffnungen 42/44 gebildet. Verschiedene Techniken können für die Erzeugung der Kegel 54 eingesetzt werden. Bei einer Technik wird das gewünschte Emitterkegelmaterial, für gewöhnlich Molybdän, mittels Bedampfung auf die Oberseite der Struktur in eine Richtung abgeschieden, die allgemein senkrecht ist zu der oberen Oberfläche des Schirmträgers bzw. der Frontplatte 32. Das Emitterkonusmaterial sammelt sich an der Gate-Schicht 58A und verläuft durch die Gate-Öffnungen 44, so dass es sich auf der Widerstandsschicht 34P in den Verbundöffnungen 42/44 sammelt. Aufgrund der Akkumulation des Konusmaterials auf der Gate-Schicht 58A schließen sich die Öffnungen, durch welche das Konusmaterial in die Öffnungen 42/44 eintritt, nach und nach. Die Abscheidung wird ausgeführt, bis diese Öffnungen vollständig geschlossen sind. Als Folge dessen sammelt sich das Konusmaterial in den Öffnungen 42/44, so dass entsprechende konische Elektronen emittierende Elemente 40 gebildet werden, wie dies in den Abbildungen der 8h und 9h dargestellt ist. Eine ununterbrochene (flächendeckende) Schicht 40A von überschüssigem Emitterkonusmaterial wird gleichzeitig an der Gate-Schicht 58A gebildet.
Eine Photoresistmaske 60, die ein Muster aufweist, das mindestens die Hauptsteueröffnungen 56 abdeckt, wird auf der Oberseite der Struktur gebildet. Siehe dazu die Abbildungen der 8i und 9i. In dem Beispiel aus den 8i und 9i sind die festen bzw. einteiligen Abschnitte des Photoresist 60 breiter als die Emitterelektroden 32 in die Spaltenrichtung (9i), wobei sie jedoch schmaler sind als die Hauptsteuerabschnitte 52A in die Zeilenrichtung (8i).
Das frei liegende Material der überschüssigen Emittermaterialschicht 40A wird entfernt, für gewöhnlich mit einem flüssigen chemischen Ätzmittel. Wenn die überschüssige bzw. Übschussschicht 40A aus Molybdän besteht, wird das chemische Ätzmittel für gewöhnlich aus Phosphorsäuren, Salpetersäuren und Essigsäuren gebildet. Die verbleibenden Abschnitte 40B der Überschussschicht 40A überlagern vollständig die Hauptsteueröffnungen 56. Im Besonderen überlagert jeder überschüssige Emittermaterialabschnitt 40B für gewöhnlich eine einzelne der Öffnungen 56. Die Überschussabschnitte 40B weisen normalerweise bei einer Betrachtung bzw. Ansicht senkrecht zu der oberen Oberfläche der Grundplatte 30 eine rechteckige Form auf.
In folgenden Ätzschritten wird ein Teil des Musters des Photoresist 60 auf die Gate-Schicht 58A, die dielektrische Schicht 36Q und die Widerstandsschicht 34P übertragen. Da das Muster von Photoresist 60 jetzt in Abschnitten des überschüssigen Emittermaterials 40B vorhanden ist, kann das Photoresist 60 an diesem Punkt oder später entfernt werden, abhängig von dem Zustand bzw. der Zusammensetzung der überschüssigen Abschnitte 40B, von dem Zustand der Schichten 58A, 36Q und 34P und von den Ätzmitteln und Ätztechniken, die zum Ätzen der Schichten 58A, 36Q und 34P eingesetzt werden. Nichtsdestotrotz bleibt das Photoresist 60 zu diesem Zeitpunkt für gewöhnlich an der jeweiligen Position.
Unter Verwendung von Photoresist 60 und den überschüssigen Abschnitten 40B als eine Ätzmaske werden die frei liegenden Abschnitte der Gate-Schicht 58A entfernt, für gewöhnlich unter Verwendung eines Plasmaätzmittels. Wenn die Gate-Schicht 58A aus Chrom besteht, wird das Plasma für gewöhnlich mit Chlor und Sauerstoff gebildet. Die Elemente 58B aus den Abbildungen der 8i und 9i sind die verbliebenen Abschnitte der Gate-Schicht 58A. Da die veranschaulichten Abschnitte des Photoresist 60 schmaler sind als die Hauptsteuerabschnitte 52A in die Zeilenrichtung, erstrecken sich die Steuerabschnitte 52A lateral auswärts über die Gate-Abschnitte 58B hinaus in die Zeilenrichtung. Jede Steuerelektrode 38 wird gebildet durch die Kombination aus einem Hauptsteuerabschnitt 52A und den angrenzenden Gate-Abschnitten 58B.
Während sich das Photoresist 60 noch an seiner Position befindet werden die frei liegenden Abschnitte der dielektrischen Schicht 36Q mit einem geeigneten Ätzmittel unter Verwendung der Kombination aus Photoresist 60, überschüssigen Emittermaterialabschnitten 40B und Steuerelektroden 38 (d. h. Hauptsteuerabschnitte 52A und Gate-Abschnitte 58B) als eine Ätzmaske entfernt. Im Besonderen stellen die Kanten in Spaltenrichtung der Steuerelektroden 38 Maskierungskanten bereit, so dass die Abschnitte der dielektrischen Schicht 36Q, die sich unterhalb der Zwischenräume zwischen den Elektroden 38 befinden, entfernt werden. Siehe dazu die Abbildungen der 8j und 9j, in denen die dielektrischen Streifen 36 den mit Muster versehenen Rest der dielektrischen Schicht 36Q darstellen. Das Photoresist 60 und die überschüssigen Emittermaterialabschnitte 40B verhindern es, dass das Ätzmittel die Segmente der dielektrischen Streifen 36 an der Unterseite der dielektrischen Öffnungen 42 angreift. Bei dem Ätzmittel handelt es sich für gewöhnlich um ein Plasma. Wenn die dielektrische Schicht 36Q aus Siliziumoxid besteht, wird das Plasma für gewöhnlich mit Fluor und Sauerstoff gebildet.
Das Photoresist 60 bleibt weiter an der Verwendungsposition. Unter Verwendung der Kombination aus Photoresist 60, den überschüssigen Emittermaterialabschnitten 40B, den Steuerelektroden 38 und den dielektrischen Streifen 36 als eine Ätzmaske werden die frei liegenden Abschnitte der Widerstandsschicht 34P entfernt. Wiederum stellen die Kanten in die Spaltenrichtung der Steuerelektroden 38 Maskierungskanten bereit. Folglich werden die Abschnitte der Widerstandsschicht 34P, die sich unterhalb der Zwischenräume zwischen den Elektroden 38 befinden, gemäß den Abbildungen der 8k und 9k entfernt. Die Widerstandsstreifen 34 bilden jetzt den mit Muster versehenen Rest der Widerstandsschicht 34P.
Das Mustern der Widerstandsschicht 34P zur Bildung von Streifen 34 wird für gewöhnlich mit einem oder mehreren Plasmaätzmitteln ausgeführt, abhängig von dem Zustand bzw. der Beschaffenheit der Schicht 34P. Wenn die Schicht 34P aus einer oberen Cermet-Schicht und einer unteren Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Schicht besteht, wird das Cermet für gewöhnlich mit einem Plasma geätzt, das mit Fluor und Sauerstoff gebildet wird. Chlor kann ebenfalls bei der Bildung des Plasmas eingesetzt werden, das zum Ätzen der oberen Cermet-Schicht verwendet wird. Die Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Zusammensetzung in der unteren Schicht wird für gewöhnlich mit einem Plasma geätzt, das aus Flur und Sauerstoff erzeugt wird.
Die Photoresist-Maske 60 weist offene Zwischenräume an Stellen in dem peripheren Vorrichtungsbereich auf, wo ein externer elektrischer Zugriff auf die Emitterelektroden 32 (und die Hauptsteuerteilchen 52A) erfolgt, um während dem Feldemitterbetrieb elektrische Signale zu empfangen. Wenn Abschnitte der Schichten 40A, 58A, 36Q und 34P in dem aktiven Vorrichtungsbereich entfernt werden, um die Bereiche 40B, 58B, 36 und 34 zu erzeugen, werden Abschnitte der Schichten 40A, 58A, 36Q und 34P gleichzeitig in dem peripheren Bereich entfernt, um die Kontaktanschlussstellen freizulegen, an denen später der Zugriff auf die Elektroden 32 entlang ihrer oberen Oberflächen erfolgt. Auf diese Weise werden externe elektrische Kontakt mit den oberen Oberflächen der Elektroden 32 hergestellt, ohne einen separaten Ätzschritt auszuführen, um Kontaktöffnungen durch die Widerstandsschicht 34P zu schneiden, wodurch ein zusätzlicher Maskierungsvorgang vermieden wird.
Das Photoresist 60 wird jetzt entfernt (wenn es nicht bereits vorher entfernt worden ist). Überschüssige Emittermaterialabschnitte 40B müssen ebenfalls entfernt werden. Die überschüssigen Abschnitten 40B stellen allerdings auch einen gewissen Schutz für die Elektronen emittierenden Elemente 40 dar. Daraus kann der Vorteil zur Ausführung einer zusätzlichen Verarbeitung an dem teilweise fertig gestellten Feldemitter gezogen werden, bevor die Abschnitte 40B entfernt werden.
Zum Beispiel kann eine Grundfokussierungsstruktur 62 eines Elektronenfokussierungssystems an einem Teil der Feldemissionsstruktur gebildet werden, der nicht von überschüssigen Emittermaterialabschnitten 40B abgedeckt wird. Siehe dazu die Abbildungen der 8l und 9l. Die Grundfokussierungsstruktur 62 ist allgemein in einem waffelartigen Muster angeordnet, wenn sie senkrecht zu der oberen Oberfläche der Grundplatte 30 betrachtet wird. Die Struktur 62 besteht für gewöhnlich aus elektrisch widerstandsfähigem und/oder elektrisch isolierendem Material.
Die überschüssigen Emittermaterialabschnitte 40B werden jetzt entfernt, für gewöhnlich gemäß der elektrochemischen Technik, die in der internationalen Anmeldung PCT/US98/12801 von Knall et al., eingereicht am 29. Juni 1998, beschrieben werden. Siehe dazu die Abbildungen der 8m und 9m. Alternativ kann für das Entfernen überschüssiger Abschnitte 40B eine Lift-Off- bzw. Abhebetechnik eingesetzt werden. In diesem Fall wird eine Abhebeschicht oben auf der Gate-Schicht 58A in der Stufe bereitgestellt, die in den Abbildungen der 8g und 9g dargestellt ist, und wobei dies vor dem Abscheiden des Emitterkonusmaterials erfolgt. Die Abhebeschicht wird in der Stufe entfernt, die in den Abbildungen der 8m und 9m dargestellt ist, so dass gleichzeitig überschüssige Abschnitte 40B entfernt werden.
Schließlich wird das Elektronenfokussierungssystem dadurch abgeschlossen, dass die Grundfokussierungsstruktur 62 mit einem elektrisch nicht isolierenden Fokusüberzug 64 bereitgestellt wird, der auf der oberen Oberfläche der Struktur 62 liegt und sich teilweise entlang dessen Seitenwänden nach unten erstreckt. Der Fokusüberzug 64 kann auch vor der Entfernung der Abschnitte 40B erzeugt werden. In jedem Fall werden von den Elektronen emittierenden Elementen 40 emittierte Elektronen durch das System 62/64 fokussiert, so dass sie auf gewünschten Licht emittierenden Elementen in der Licht emittierenden Vorrichtung auftreffen, die gegenüber dem Feldemitter aus den Abbildungen der 8m und 9m angeordnet ist.
Der Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Emitterschicht 32P als eine untere Aluminiumschicht (oder Aluminiumlegierungsschicht) und eine dünne obere Tantalschicht gebildet werden, wobei letzte durch Besputtern von Tantal erzeugt wird. Nach dem Mustern der Schicht 32P zur Bildung der Emitterelektroden 32 können dünne Schichten aus Metalloxid anodisch entlang den Seitenwänden der Elektroden 32 gebildet werden. Alternativ kann Tantal auf dem Aluminium (der Legierung) der Elektroden 32 abgeschieden werden, nachdem die Emitterschicht 32P mit Muster versehen worden ist. Das sich in den Zwischenräumen zwischen den vorgesehenen Positionen für die Elektroden 32 befindliche Tantal wird danach mit einem Ätzmittel unter Verwendung einer geeigneten Photoresistmaske entfernt. Jede Emitterelektrode 32 besteht danach aus einer Aluminiumelektrode (oder einer Aluminiumlegierungselektrode), deren obere Oberfläche und Seitenwände mit Tantal überzogen sind. Die Hauptsteuerabschnitte 52A können auf ähnliche Weise behandelt werden, so dass sie aus Aluminiumelektroden (oder Aluminiumlegierungselektroden) mit Tantalüberzügen auf deren oberen Oberflächen bestehen sowie entweder mit Tantal oder anodisch gebildetem Metalloxid an deren Seitenwänden.
Die Abbildungen der 10a und 10b zeigen eine Variation des Prozesses aus den Abbildungen der 8 und 9, wobei in die Zeilenrichtung der veranschaulichte Teil des Photoresist 60 breiter ist als der darunter liegende Hauptsteuerabschnitt 52A. Die Abbildung aus 10A veranschaulicht einen Querschnitt, der der Ansicht aus 8i entspricht, wobei die Gate-Schicht 58A unter Verwendung des Photoresist 60 und überschüssiger Emittermaterialabschnitte 40B als eine Ätzmaske bei der Bildung der Gate-Abschnitte 58B mit Muster versehen wird. Auch wenn die Gate-Abschnitte 58B breiter sind als der Hauptsteuerabschnitt 52A aus der Abbildung aus 10a, dienen die Kanten der Steuerelektrode 38 als Maskierungskanten beim Mustern der Schichten 36Q und 34P, um entsprechend die Streifen 36 und 34 zu bilden. Die longitudinalen Seitenkanten jeder Steuerelektrode 38 befinden sich wiederum in ungefährer vertikaler Ausrichtung sowohl mit den longitudinalen Seitenkanten des darunter liegenden dielektrischen Streifens 36 als auch mit den longitudinalen Seitenkanten des darunter liegenden Widerstandsstreifens 34. Die Abbildung aus 10d veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die dem finalen Querschnitt aus der Abbildung aus 8m entspricht.
Die Abbildungen der 11a und 11b zeigen eine Variation des Prozesses bzw. des Ablaufs der 8 und 9, wobei der veranschaulichte Teil des Photoresist 60 in die Zeilenrichtung schmaler ist als die darunter liegende Emitterelektrode 32. Die Abbildung aus 11a veranschaulicht eine Querschnittsansicht, die der aus der Abbildung aus 9i entspricht, wobei die Gate-Schicht 58A so mit Muster versehen ist, dass die Gate-Abschnitte 58B erzeugt werden. Die Abbildung aus 11b veranschaulicht einen Querschnitt, der dem fertigen bzw. finalen Querschnitt aus 9m entspricht.
Die Abbildungen der 12a–12c und 13a–13m veranschaulichen in Kombination mit den Abbildungen der 8d–8m einen Prozess bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels des Feldemitters aus den Abbildungen der 5–7. Die in jeder der Abbildungen der 13x dargestellte Struktur, wobei x zwischen a und c variiert, ist durch eine Ebene dargestellt, die senkrecht ist zu der Struktur, die in der entsprechenden 12x dargestellt ist. Die in jeder der 13x dargestellte Struktur, wobei x zwischen d und m variiert, ist durch eine Ebene dargestellt, die senkrecht ist zu der Struktur, die in der entsprechenden 8x dargestellt ist. Die Querschnitte aus den Abbildungen der 12a–12c und 8d–8m (gemeinsam "12/8") führen zu einem Ausführungsbeispiel des Querschnitts aus 5. Die Querschnitte der 13a–13m (gemeinsam "13") führen zu einem Ausführungsbeispiel des Querschnitts aus 6.
Der Ausgangspunkt für das Verfahren bzw. den Prozess aus den 12/8 und 13 ist die Grundplatte 30, über welcher die Emitterschicht 32P auf die vorstehend beschriebene Art und Weise gebildet worden ist. Siehe dazu die Abbildungen der 12a und 13a. Ein Sputter-Ätzvorgang kann ausgeführt werden, um die obere Oberfläche der Schicht 32P zu reinigen. Eine flächendeckende elektrisch widerstandsfähige Schicht 46P wird auf die Emitterschicht 32P abgeschieden, wie dies in den Abbildungen der 12b und 13b dargestellt ist. Die Widerstandsschicht 46P weist die physikalischen Eigenschaften der Widerstandsschicht 34P auf und wird auf die gleiche Art und Weise gebildet wie die Schicht 34P.
Eine Photoresistmaske 66, welche das Muster für die Emitterelektroden 32 aufweist bzw. trägt, wird oben auf der Widerstandsschicht 46P gebildet. Siehe dazu die Abbildungen der 12c und 13c. Ebenso wie die Photoresistmaske 50 weist die Photoresistmaske 60 Seitenwände auf, die sich dahingehend stark nach außen neigen, dass sie sich vertikal abwärts bewegen. Erreicht wird dies durch Erhitzen des Photoresist 60 auf eine Temperatur oberhalb des Glasübergangspunkts erhitzt, so dass das Photoresist 60 fließt.
Das frei liegende Material der Widerstandsschicht 46P wird entfernt, wodurch die Schicht 46P in eine Gruppe von Widerstandsstreifen 46Q gemustert wird, die sich entsprechend in die Zeilenrichtung oberhalb der vorgesehenen Stellen für die Emitterelektroden 32 erstrecken. Der Entfernungsschritt wird so ausgeführt, dass Widerstandsstreifen 46Q mit Profilen, die ungefähr die Form senkrechter, gleichschenkeliger Trapeze in vertikalen Ebenen aufweisen, die sich in die Spaltenrichtung erstrecken. Dies wird für gewöhnlich erreicht durch Ätzen des frei liegenden Materials der Schicht 46P mit einem Ätzmittel, das das Photoresist der Maske 66 mit einer Rate angreift, die sehr hoch ist im Verhältnis zu der Rate, mit welcher das Ätzmittel das Material der Schicht 46P angreift. Aufgrund der resultierenden lateralen Erosion von Photoresist 66 werden Widerstandsstreifen 46Q mit den angezeigten schrägen Seitenwänden erzeugt.
Ein Plasma oder mehrere Plasmas werden für gewöhnlich eingesetzt, um den Schritt des Musters der Widerstandsschicht abhängig von der Beschaffenheit der Widerstandsschicht 46P auszuführen. Wenn es sich bei der Schicht 46P um eine Doppelschicht handelt, die aus einer oberen Cermet-Schicht und einer unteren Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Schicht besteht, wird das Cermet für gewöhnlich mit einem Fluor-/Sauerstoff-Plasma geätzt. Chlor kann ebenfalls in dem Plasma vorhanden sein. Die Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Zusammensetzung wird mit einem Fluor-/Sauerstoff-Plasma geätzt.
Während sich das Photoresist 66 weiterhin an der ursprünglichen Position befindet, wird das frei liegende Material der Emitterschicht 32P entfernt. Dieser Schritt wird in ähnlicher Weise so ausgeführt, dass der Rest der Emitterschicht 32P Emitterelektroden 32 bildet, welche senkrechte, gleichschenkelige, trapezförmige Profile in die transversale Richtung aufweisen, d. h. in diesem Fall in die Spaltenrichtung. Der Schritt des Musters zur Erzeugung der Elektroden 32 wird gemäß der Photoresist-Erosionstechnik ausgeführt, die vorstehend für den Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 beschrieben worden ist. Die Abbildungen der 12c und 13c veranschaulichen die Form des Photoresist am Ende des Schrittes des Musterns der Emitterelektrode, wobei das Photoresist 66 zu Beginn des Schritts des Musters der Emitterelektrode größer gewesen ist, und wobei es zu Beginn des Musters der Widerstandsschicht sogar noch größer gewesen ist. Das Photoresist 66 wird danach entfernt.
Ab diesem Punkt werden die Fertigungsschritte in dem Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 9 größtenteils so ausgeführt, wie dies vorstehend in Bezug auf den Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 beschrieben worden ist, abhängig von einer Veränderung der Widerstandsschicht 34P und der Widerstandsstreifen 34 entsprechend zu den Widerstandsstreifen 46Q und den Widerstandsabschnitten 46 in der vorstehenden Beschreibung. Die Querschnitte in die Zeilenrichtung in den späteren Phasen bzw. Stufen des Prozesses aus den Abbildungen der 12/8 und 13 erscheinen großteils identisch wie in dem Prozess aus den 8 und 9. Die Bezugszeichen 46Q und 46 werden entsprechend an Stelle der Bezugszeichen 34P und 34 verwendet, so dass die Abbildungen der 8d–8m die folgenden Querschnitte in Zeilenrichtung für den Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 13 veranschaulichen.
Die Querschnitte in Spaltenrichtung in den späteren Stufen in dem Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 13 erscheinen anders als in dem Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9, da die Widerstandsschicht in den Stufen, die in den Abbildungen der 12c und 13c für den Prozess der 12/8 und 13 veranschaulicht sind, in Widerstandsstreifen 46Q gemustert ist anstatt eine flächendeckende Schicht darzustellen, wie dies in Bezug auf die Widerstandsschicht 34P auf der entsprechenden Stufe in dem Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 der Fall ist. In ähnlicher Weise führt dies dazu, dass der fertige, mit Muster versehene Widerstand in dem Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 13 als eine zweidimensionale Anordnung von Widerstandsabschnitten 46 konfiguriert wird anstatt als eine Gruppe von Streifen, wie dies in Verbindung mit den Widerstandsstreifen 34 in dem Verfahren aus den 8 und 9 der Fall ist.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen erfolgt an dieser Stelle nur eine kurze Beschreibung des Rests des Verfahrens aus den Abbildungen der 12/8 und 13. Die Abbildungen der 8d und 13d stellen die Bildung der dielektrischen Schicht 36P und der Hauptsteuerschicht 52 dar, wobei sich die dielektrische Schicht 36P jetzt nach unten bis zu der Grundplatte 30 in den Zwischenräumen zwischen den Emitterelektroden 32 erstreckt. Die Musterung der Hauptsteuerschicht 52 zur Erzeugung der Hauptsteuerabschnitte 52A ist in den Abbildungen der 8e und 13e dargestellt. Die Abbildungen der 8f und 13f veranschaulichen das Abscheiden der Gate-Schicht 58.
Die Bildung der dielektrischen Öffnungen 42 und der Gate-Öffnungen 44 ist in den Abbildungen der 8g und 13g dargestellt. Die Abbildungen der 8h und 13h zeigen die Erzeugung der Elektronen emittierenden Elemente 40 und des Abscheidens der überschüssigen Emittermaterialschicht 40A. Das Mustern der Gate-Schicht 58A zum Bilden der Gate-Abschnitte 58B ist in den Abbildungen der 8i und 13i dargestellt. Jede Steuerelektrode 38 wird wiederum mit einem Hauptsteuerabschnitt 52A und den angrenzenden Gate-Abschnitten 58B gebildet.
Die Abbildungen der 8j und 13j zeigen die Musterung der dielektrischen Schicht 36Q zur Erzeugung der dielektrischen Streifen 36. Das Mustern der Widerstandsstreifen 46Q zur Bildung der Widerstandsabschnitte 46 ist in den Abbildungen der 8k und 13k dargestellt. Die Steuerelektroden 38 dienen als Teil der Ätzmaske während den Musterungen der dielektrischen Schicht 36Q und der Widerstandsstreifen 46Q. An diesem Punkt besteht die Widerstandsschicht aus der zweidimensionalen Anordnung der Widerstandsabschnitte 46.
Wie in dem Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 weist die Photoresistmaske 60 in dem Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 12 offene Zwischenräume an den peripheren Bereichsstellen auf, wo die Emitterelektroden 32 (und Hauptsteuerabschnitte 52A) extern elektrisch berührt werden sollen, um während dem Betrieb der Vorrichtung elektrische Signale zu empfangen. Während der Entfernung von Abschnitten bzw. Teilstücken der Schichten 40A, 58A und 36Q und der Widerstandsstreifen 46Q in dem aktiven Bereich zur Erzeugung der Bereiche 40B, 58B, 36 und 46 werden Abschnitte der Schichten 40A, 58A und 36Q sowie die Streifen 46Q gleichzeitig in dem peripheren Bereich entfernt, um die Anschlussflächenstellen an den oberen Oberflächen der Elektroden 32 frei zu legen. Wiederum können später externe elektrische Kontakte mit den oberen Oberflächen der Elektroden 32 hergestellt werden, ohne einen separaten maskierten Ätzvorgang auszuführen, um die Kontaktöffnungen durch die Widerstandsschicht zu schneiden, die hier als Widerstandsstreifen 46Q ausgeführt ist.
Die Abbildungen der 8l und 13l veranschaulichen die Bildung der Grundfokussierungsstruktur 62. Die Bildung des Fokusüberzugs 64 und die Entfernung überschüssiger Emittermaterialabschnitte 40B ist in den Abbildungen der 8m und 13m dargestellt. In der fertigen veranschaulichten Struktur aus den Abbildungen der 8m und 13m befindet sich einer der Widerstandsabschnitte 46 an jeder Stelle, an der die Steuerelektroden 38 (gebildet mit den Abschnitten 52A und 58B) die Emitterelektroden 32 kreuzen.
Der Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 13 kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden. Mit Ausnahme der Prozessvariation, welche das Bilden von Tantal entlang den Seitenwänden der Emitterelektroden 32 umfasst, gelten allgemein die vorstehend in Bezug auf das Verfahren aus den Abbildungen der 8 und 9 beschriebenen Prozessvariationen auch für den Prozess bzw. das Verfahren aus den Abbildungen der 12/8 und 13.
An Stelle der Ausführung des Musters des Widerstands auf unterschiedliche Art und Weise, wie dies vorstehend im Text beschrieben worden ist, kann eine separate Photoresistmaske zum Mustern einer flächendeckenden elektrisch widerstandsfähigen Schicht zur Bildung von Widerstandsstreifen verwendet werden, die den Widerstandsstreifen 34 ähnlich sind, oder von Widerstandsabschnitten, die den Widerstandsabschnitten 46 ähnlich sind. Der Vorgang des Musters wird für gewöhnlich ausgeführt, nachdem die Emitterschicht 32P gemustert worden ist, um die Emitterelektroden 32 zu bilden, wobei die Operation abhängig von dem Widerstandsmuster aber auch vor dem Mustern der Emitterschicht 32P ausgeführt werden kann. Das Backen des den Widerstand musternden Photoresist auf einer Temperatur, die über dem Glasübergangspunkt liegt, so dass die Seitenwände des Photoresist zu einem flachen Winkel fließen, ist ein wichtiger Bestandteil der Operation des Musters des Widerstands. Die Eigenschaften des Ätzmittels und das Photoresist werden so ausgewählt, dass das Photoresist eine hohe Ätzrate aufweist im Verhältnis zu der Ätzrate der flächendeckenden Widerstandsschicht. Dies kann erreicht werden durch (a) Ätzen mit Plasma, (b) Ätzen in einem reaktiven Ionenätzmodus oder (c) unter Verwendung von Ionenmahlen, das zum Beispiel mit Sauerstoff und Argon implementiert wird.
In Bezug auf die Abbildungen der 14 und 15 veranschaulichen diese den Kern eines Matrix adressierten Feldemitters, der einen vertikalen Emitterwiderstand aufweist, der unter Verwendung einer separaten Photoresistmaske gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Gruppe von lateral getrennten und elektrisch widerstandsfähigen Streifen 34V gemustert bzw. unterteilt wird. Mit Ausnahme der nachstehenden Beschreibung entspricht der Feldemitter aus den Abbildungen der 14 und 15 größtenteils dem Feldemitter aus den Abbildungen der 2 bis 4. Die Widerstandsstreifen 34V, welche die Widerstandsstreifen 34 in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 2 bis 4 ersetzen, erstrecken sich in die Spaltenrichtung. Zusätzlich zu den Streifen 34V enthält der Feldemitter aus den Abbildungen der 14 und 15 die Komponenten 30, 32, 38 und 40 sowie eine dielektrische Interelektrodenschicht 36V, welche die dielektrische Schicht 36 in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 2 bis 4 ersetzt. Die Querschnitte der Abbildungen der 14 und 15 entsprechen den entsprechenden Querschnitten aus den Abbildungen der 2 und 3 und sind senkrecht zueinander vorgesehen.
Die Widerstandsstreifen 34V in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 14 und 15 weisen Querprofile auf, die ungefähr die Form senkrechter, gleichschenkeliger Trapeze aufweisen. Der spitze Winkel in den Trapezen entspricht 5 bis 75°, vorzugsweise 15°. Soweit die Widerstandsstreifen 34V unter Verwendung einer separaten Photoresistmaske gebildet werden, können die Längskanten der Streifen 34V geringfügig lateral versetzt sein von den Längskanten der Steuerelektroden 38. Ein Beispiel für diesen Versatz ist in der Abbildung aus 14 dargestellt. Aufgrund des Punktes, an dem der Schritt des Musters ausgeführt wird, um die Streifen 34V zu erzeugen, ist die dielektrische Schicht 36V in dem aktiven Vorrichtungsbereich im Wesentlichen frei von Mustern anstatt in dem aktiven Bereich gemustert zu sein, wie dies in Bezug auf die dielektrische Schicht 36 in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 2 bis 4 der Fall ist.
Die Abbildungen der 16 und 17 veranschaulichen den Kern eines Matrix adressierten Feldemitters, der einen vertikalen Emitterwiderstand aufweist, der in mehrere lateral getrennte, elektrisch widerstandsfähige Abschnitte 46V gemustert wird unter Verwendung einer separaten Photoresistmaske gemäß der vorliegenden Erfindung. Mit Ausnahme der nachstehenden Beschreibung entspricht der Feldemitter aus den Abbildungen der 16 und 17 großteils dem Feldemitter aus den Abbildungen der 5 bis 7. Die Widerstandsabschnitte 46V, welche die Widerstandsabschnitte 46 in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 5 bis 7 ersetzen, sind in einer zweidimensionalen Anordnung von Zeilen und Spalten der Abschnitte 46V angeordnet. Zusätzlich zu den Widerstandsabschnitten 46V weist der Feldemitter aus den Abbildungen der 16 und 17 die Komponenten 30, 32, 38 und 40 sowie die dielektrische Schicht 36V auf. Die Querschnitte aus den Abbildungen der 16 und 17 entsprechen jeweils den entsprechenden Querschnitten aus den Abbildungen der 5 und 6 und sind jeweils senkrecht zueinander vorgesehen.
Die Widerstandsabschnitte 46V in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 16 und 17 weisen Profile auf, die ungefähr die Form senkrechter, gleichschenkeliger Trapeze in vertikalen Ebenen aufweisen, die sich sowohl in die Zeilen- als auch die Spaltenrichtungen erstrecken. Siehe dazu die Abbildungen der 16 und 17. Der spitze Winkel in den Trapezen liegt zwischen 5 und 75°, wobei er vorzugsweise 15° entspricht. Da die Widerstandsabschnitte 46V mit einer separaten Photoresistmaske gebildet werden, können die Kanten in Spaltenrichtung der Abschnitte 46V lateral von den Längskanten der Steuerelektroden 38 versetzt werden. In ähnlicher Weise können die Kanten in Zeilenrichtung der Abschnitte 46V lateral von den Längskanten der Emitterelektroden 32 versetzt werden. Beispiele für diese Versatzmöglichkeiten sind in den Abbildungen der 16 und 17 dargestellt. Die dielektrische Schicht 36V ist wiederum in dem aktiven Vorrichtungsbereich im Wesentlichen frei von Mustern.
Der Feldemitter aus den Abbildungen der 14 und 15 oder der 16 und 17 wird für gewöhnlich auf die folgende Art und Weise hergestellt. Die Emitterschicht 32P wird auf die Grundplatte 30 abgeschieden und gemustert unter Verwendung der Photoresistmaske 50, um die Emitterelektroden 32 zu erzeugen, wie in dem Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9. Siehe dazu die Abbildungen der 8a und 9a sowie 8b und 9b.
Eine flächendeckende elektrisch widerstandsfähige Schicht wird danach oben auf der Struktur gebildet. Wenn die Widerstandsschicht 34P die flächendeckende Widerstandsschicht darstellt, erscheint die Struktur an diesem Punkt im Wesentlichen so, wie dies in den Abbildungen der 8c und 9c dargestellt ist. Die flächendeckende Widerstandsschicht ist für gewöhnlich eine Doppelschicht, wie dies bereits vorstehend in Bezug auf die Widerstandsschicht 34P beschrieben worden ist. Wiederum besteht die untere Widerstandsschicht in der Doppel- bzw. Zweifachschicht für gewöhnlich aus einer Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Zusammensetzung, während die obere Widerstandsschicht für gewöhnlich aus Cermet gebildet wird.
Unter Verwendung einer Photoresistmaske mit einem Muster, das dem Muster entweder der Widerstandsstreifen 34V oder der Widerstandsabschnitte 46V entspricht, wird die flächendeckende Widerstandsschicht so mit Muster versehen, dass die Widerstandsabschnitte 34V und 46V erzeugt werden. Der Vorgang des Musters des Widerstands kann gemäß der vorstehenden Beschreibung für das Mustern der Widerstandsschicht 34P zur Erzeugung der Widerstandsstreifen 34 ausgeführt werden.
Während die Widerstandsabschnitte 34V oder 46V in dem aktiven Vorrichtungsbereich erzeugt werden, werden gleichzeitig Abschnitte der Widerstandsschicht in dem peripheren Vorrichtungsbereich entfernt, um die Kontaktanschlussflächen an den oberen Oberflächen der Emitterelektroden 32 freizulegen. Wiederum werden die oberen Oberflächen der Elektroden 32 an Stellen freigelegt, wo ein externer Kontakt mit den Elektroden 32 hergestellt werden soll, ohne dass dabei ein zusätzlicher maskierter Ätzvorgang ausgeführt wird.
Eine flächendeckende dielektrische Schicht, die der dielektrischen Schicht 36P entspricht, wird oben auf die Struktur abgeschieden. In folgenden Operationen werden Steuerelektroden oben auf der flächendeckenden dielektrischen Schicht gebildet, wobei ferner Steueröffnungen 44 und dielektrische Öffnungen 42 entsprechend durch die Steuerelektroden und die dielektrische Schicht gebildet werden, wodurch die Steuerelektroden 38 und die dielektrische Schicht 36D gebildet werden, und wobei Elektronen emittierende Elemente 40 in den Verbundöffnungen 42/44 gebildet werden. Neben dem Löschen (a) der Schritte, die das Mustern der dielektrischen Schicht 36Q zur Bildung der dielektrischen Streifen 36 umfasst, und (b) der Schritte, die das Mustern der Widerstandsschicht 34P oder 46Q zur Bildung der Widerstandsabschnitte 34 bzw. 46 umfasst, können die folgenden Operationen auf die Art und Weise ausgeführt werden, wie dies vorstehend in Bezug auf den Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 beschrieben worden ist. Die Abbildungen der 14 und 15 oder der 16 und 17 veranschaulichen die fertige Feldemissionskathode abhängig von dem in der Photoresistmaske erzeugten Muster, die zum Mustern der Widerstandsschicht verwendet wird.
Die Photoresistmaske, die zur Definition der Widerstandsabschnitte 34V oder 46V in dem Feldemitter aus den Abbildungen der 14 und 15 oder 16 und 17 verwendet wird, ist normalerweise so konfiguriert, dass Abschnitte der ursprünglichen flächendeckenden Widerstandsschicht oberhalb der Emitterelektroden 32 in der lateralen Peripherie des Feldemitters entfernt werden, d. h. außerhalb des aktiven Vorrichtungsbereichs. In ähnlicher Weise ist die oder sind die Schicht(en), die bei der Bildung der Steuerelektroden 38 eingesetzt werden, für gewöhnlich implementiert in Verbindung mit den Hauptsteuerelektroden 52A und den Gate-Abschnitten 58B, in den Feldemittern aus den Abbildungen der 2 bis 4 oder 5 bis 7, normalerweise so konfiguriert, dass Abschnitte der ursprünglichen Widerstandsschicht oberhalb der Emitterelektroden 32 in der lateralen Peripherie des Feldemitters entfernt werden. Folglich können externe elektrische Verbindungen mit der oberen Oberfläche der Elektroden 32 in der Peripherie jedes der vier Feldemitter hergestellt werden, ohne dabei durch die dielektrische Schicht 36 oder 36V zu schneiden.
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, können Öffnungen, die sich durch die Widerstandsschicht 34P nach unten zu den oberen Oberflächen der Emitterelektroden 32 in dem peripheren Bereich des Feldemitters erstrecken, der gemäß dem Prozess aus den Abbildungen der 8 und 9 hergestellt worden ist, erzeugt werden durch abscheiden des bzw. der Widerstandsmaterial(ien) unter Verwendung einer Schattenmaske, um es zu verhindern, dass sich das bzw. die Widerstandsmaterial(ien) an den peripheren Bereichsstellen dieser Öffnungen ansammeln. Unter Verwendung einer geeigneten Schattenmaskierung und/oder von selektivem Ätzen von Materialien, die nacheinander abgeschieden werden, um den Rest des Feldemitters zu bilden, können die peripheren Bereichsöffnungen durch die Widerstandsschicht 34P als Kontaktöffnungen für einen elektrischen Zugriff auf die Elektroden 32 entlang ihrer oberen Oberflächen während dem Betrieb der Vorrichtung dienen. Für gewöhnlich wird die dielektrische Schicht 36P unter Verwendung einer Schattenmaske abgeschieden, um es zu verhindern, dass sich dielektrisches Material an den Stellen der Kontaktöffnungen ansammelt.
Die Kontaktöffnungen durch die Widerstandsschicht 46P in dem Prozess aus den Abbildungen der 12/8 und 13 können in dem peripheren Vorrichtungsbereich auf die gleiche Art und Weise gebildet werden, wie dies in dem vorstehenden Absatz beschrieben worden ist. In ähnlicher Weise können eine geeignete Schattenmaskierung und/oder ein selektives Ätzen von Materialien, die später abgeschieden werden, um den Rest des Feldemitters zu bilden, eingesetzt werden, um die Kontaktöffnungen offen zu halten, bis geeignete elektrische Kontakte durch die Kontaktöffnungen mit der Schicht 46P hergestellt werden. Wenn die Kontaktöffnungen auf diese Weise durch die Peripherie der Widerstandsschicht 34P oder 46Q und das darüber liegende Material gebildet werden, so ist es für gewöhnlich nicht erforderlich, das Material der Photoresistmaske 60 des peripheren Bereichs so zu konfigurieren, dass es ermöglicht wird, die Kontaktöffnungen später durch die Widerstandsschicht 34P oder die Widerstandsstreifen 46Q zu bilden.
In bestimmten Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Widerstandsschicht eine großteils nicht gemusterte, im Wesentlichen flächendeckende Beschaffenheit in dem aktiven Vorrichtungsbereich aufweist, während sich die Kontaktöffnungen für den Zugriff auf die Emitterelektroden 32 an Stellen in dem peripheren Bereich durch die Widerstandsschicht nach unten zu den oberen Oberflächen der Elektroden 32 erstrecken. Diese Architektur kann erreicht werden durch eine Variation des Prozesses aus den Abbildungen der 8 und 9, wobei das Material des aktiven Bereichs der Photoresistmaske 60 so konfiguriert ist, dass ein Ätzen der dielektrischen Schicht 36Q und der Widerstandsschicht 34P in dem aktiven Bereich verhindert wird. Die Kontaktöffnungen in dem peripheren Bereich durch die Widerstandsschicht 34P bis nach unten zu den Elektroden 32 können dabei an einem früheren Punkt in dem Fertigungsprozess bereitgestellt werden, indem die Schatten maskierende Abscheidung von Widerstandsmaterial in dem peripheren Bereich gemäß der Beschreibung in dem vorstehenden Absatz eingesetzt wird.
Alternativ können die Kontaktöffnungen in dem peripheren Bereich zu den oberen Oberflächen der Elektroden 32 durch die Widerstandsschicht 34P geätzt werden unter Verwendung einer separaten Photoresistmaske mit geeigneten Maskenöffnungen in dem peripheren Bereich. Die Maskierungs-/Ätzoperation zur Bildung der Kontaktöffnungen in dem peripheren Bereich kann an verschiedenen Punkten nach dem Abscheiden der Widerstandsschicht 34P ausgeführt werden, auch direkt nach dem Abscheiden der Schicht 34P. In dem Maße, dass etwaiges anderes Material das Material der Schicht 34P in dem peripheren Bereich an den Stellen für die Kontaktöffnungen überlagert, wird die Photoresistmaske oben auf diesem zusätzlichen Material gebildet. Unter Verwendung der Photoresistmaske werden die Kontaktöffnungen zuerst durch das zusätzliche Material geätzt und erstrecken sich danach durch die Schicht 34P. Bei beiden vorstehenden Techniken zur Erzeugung der Kontaktöffnungen in dem peripheren Bereich wird der Rest der Schritte zur Herstellung des Feldemitters großteils auf die Art und Weise ausgeführt, wie dies vorstehend in Bezug auf das Verfahren aus den Abbildungen der 8 und 9 beschrieben worden ist.
In anderen Anwendungen ist es angemessen für die Widerstandsschicht, dass diese großteils das vollständige Material der Emitterelektroden 32 in dem aktiven Bereich überlagert, ohne dass es sich wesentlich in die Zwischenräume zwischen den Elektroden 32 erstreckt, während sich Kontaktöffnungen für einen Zugriff auf die Elektroden 32 durch die Widerstandsschicht nach unten zu den Elektroden 32 an Stellen in dem peripheren Bereich erstrecken. Dieser Widerstandsaufbau kann erreicht werden durch eine Variation bzw. Anpassung des Prozesses aus den Abbildungen der 12/8 und 13, wobei das Material der Photoresistmaske 60 im aktiven Bereich wiederum so konfiguriert ist, dass ein Ätzen der dielektrischen Schicht 36Q und der Widerstandsstreifen 46Q in dem aktiven Bereich vermieden wird. Das frühere Mustern der Emitterschicht 32P und der Widerstandsschicht 46P unter Verwendung der Photoresistmaske 66 zur Bildung der Elektroden 32 und der Widerstandsstreifen 46P wird jedoch weiterhin auch bei dieser Prozessvariation ausgeführt. Als Folge dessen überlagern die Widerstandsstreifen 46Q in dem fertigen Feldemitter großteils die Elektroden 32.
Die Kontaktöffnungen im peripheren Bereich durch die Widerstandsstreifen 46Q nach unten zu den oberen Oberflächen der Emitterelektroden 32 werden erzeugt gemäß einer beliebigen der Techniken, die in der vorstehend genannten Variation des Prozesses aus den Abbildungen der 8 und 9 beschrieben worden sind. Das heißt, die Kontaktöffnungen können bei dieser Variation des Fertigungsverfahrens aus den Abbildungen der 12/8 und 13 an einem früheren Punkt bereitgestellt werden, indem das Abscheiden des Widerstandsmaterials ausgeführt wird unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Schattenmaskierung im peripheren Bereich an den Stellen der Kontaktöffnungen. Alternativ kann ein Maskierungs-/Ätzvorgang unter Verwendung einer separaten Photoresistmaske mit Maskierungsöffnungen im peripheren Bereich an den Stellen der Kontaktöffnungen an verschiedenen Punkten ausgeführt werden nach der Definition der Widerstandsstreifen 46Q. Die Kontaktöffnungen durch die Streifen 46Q und jegliches Material, das das Material der Streifen 46Q in dem peripheren Bereich überlagert, werden dadurch an den Stellen der Kontaktöffnungen gebildet. Der Rest der Fertigung des Feldemitters wird großteils auf die Art und Weise ausgeführt, wie dies vorstehend in Bezug auf den Prozess der 12/8 und 13 beschrieben worden ist.
Während der Herstellung des Feldemitters aus den Abbildungen der 14 und 15 werden Kontaktöffnungen für den elektrischen Zugriff bzw. Zugang auf die Emitterelektroden 32 entlang deren oberen Oberflächen, wie dies ebenfalls vorstehend beschrieben worden ist, durch die Widerstandsschicht in dem peripheren Vorrichtungsbereich geätzt, während gleichzeitig die Widerstandsschicht in dem aktiven Vorrichtungsbereich mit Muster versehen wird. Bei Anwendungen, in denen die Widerstandsschicht größtenteils in dem aktiven Bereich ohne Muster ist, jedoch Kontaktöffnungen zu den Elektroden 32 in dem peripheren Bereich aufweist, wird die Photoresistmaske, die zum Mustern der Widerstandsschicht eingesetzt wird, einfach so konfiguriert, dass ein etwaiges Mustern des aktiven Bereichs größtenteils vermieden wird. In Anwendungen, bei denen die Widerstandsschicht aus Streifen besteht, die großteils die Emitterelektroden 32 in dem aktiven Bereich überlagern, ist das Photoresist der Widerstandsschicht in ähnlicher Weise so konfiguriert, dass das Entfernen von Widerstandsmaterial vermieden wird, das die Elektroden 32 in dem aktiven Bereich überlagert. Bei entsprechender Ausführung einer geeigneten Schattenmaskierung und/oder eines selektiven Ätzens von Material, das in der Folge abgeschieden wird, um den Rest des Feldemitters zu erzeugen, wird der Rest der Herstellung des Feldemitters großteils auf die Art und Weise ausgeführt, wie dies vorstehend in Bezug auf die Abbildungen der 14 und 15 beschrieben worden ist.
Die Abbildung aus 18 zeigt ein kennzeichnendes Beispiel für den aktiven Kernbereich einer Flachbildschirm-CRT-Anzeige, die einen Flächenfeldemitter einsetzt, wie etwa den Emitter aus der Abbildung aus 8m, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Der Querschnitt aus der Abbildung aus 18 ist durch eine vertikale Ebene vorgesehen, die sich in die Zeilenrichtung erstreckt. In der Abbildung aus 18 sind zwei Widerstandsabschnitte 34 oder 46 dargestellt.
Ein transparenter, für gewöhnlich aus Glas bestehender Schirmträger 70 (bzw. eine Frontplatte) einer Licht emittierenden Vorrichtung ist gegenüber der Grundplatte 30 angeordnet. Licht emittierende Phosphorbereiche 72 sind an der inneren Oberfläche des Schirmträgers 70 direkt gegenüber den Hauptsteueröffnungen 56 angeordnet. Eine dünne, elektrisch leitfähige, Licht reflektierende Schicht 74, für gewöhnlich aus Aluminium, überlagert die Phosphorbereiche 72 entlang der inneren Oberfläche des Schirmträgers 70. Von den Elektronen emittierenden Elementen 40 emittierte Elektronen verlaufen durch die Licht reflektierende Schicht 74 und bewirken es, dass die Phosphorbereiche 72 Licht emittieren, das ein Bild erzeugt, das auf der äußeren Oberfläche des Schirmträgers 70 sichtbar ist.
Der aktive Kernbereich der Flachbildschirm-CRT-Anzeige weist für gewöhnlich weitere Komponenten auf, die in der Abbildung aus 18 nicht dargestellt sind. Zum Beispiel umgibt für gewöhnlich eine schwarze Matrix (Black Matrix), die entlang der inneren Oberfläche des Schirmträgers 70 angeordnet ist, jeden Phosphorbereich 72, um diesen lateral von anderen Phosphorbereichen 72 zu trennen. Abstandshalterwände werden verwendet, um einen verhältnismäßig konstanten Abstand zwischen der Grundplatte 30 und dem Schirmträger (bzw. der Frontplatte) 70 aufrecht zu erhalten.
Bei einer Integration in eine Flachbildschirm-CRT-Anzeige des in der Abbildung aus 18 veranschaulichten Typs arbeitet ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter Feldemitter wie folgt. Die Licht reflektierende Schicht 74 dient als eine Anode für die Feldemissionskathode. Die Anode wird auf einem hohen positiven Potenzial im Verhältnis zu den Elektroden 32 und 38 gehalten.
Wenn ein geeignetes Potenzial angelegt wird zwischen (a) einer ausgewählten der Emitterelektroden 32 und (b) einer ausgewählten der Steuerelektroden 38, so extrahiert der auf diese Weise ausgewählte Gate-Abschnitt 58B Elektronen von den Elektronen emittierenden Elementen an der Schnittstelle der beiden ausgewählten Elektroden, und wobei die Stärke des resultierenden Elektronenstroms geregelt wird. Gewünschte Werte der Elektronenemission treten für gewöhnlich auf, wenn das angelegte Gate-Kathoden-Parallelplatten-Elektrizitätsfeld mindestens 20 Volt/μm bei einer Stromdichte von 0,1 mA/cm² erreicht, gemessen an einem mit Phosphor überzogenen Schirmträger 70, wenn es sich bei den Phosphorbereichen 72 um Hochspannungsleuchtstoffe bzw. Hochspannungs-Phosphor handelt. Die Phosphorbereiche 72 emittieren Licht, nachdem sie durch die extrahierten Elektronen getroffen worden sind.
Richtungsbezogene Begriffe wie etwa "oben" und "obere(r)" werden in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung eingesetzt, um einen Bezugsrahmen vorzusehen, durch den der Leser besser verstehen kann, wie die verschiedenen Teile der Erfindung zusammenpassen. In der tatsächlichen Praxis können sich die Komponenten der Elektronen emittierenden Vorrichtung in Ausrichtungen befinden, die sich von denen unterscheiden, die durch die hier verwendeten richtungsbezogenen Begriffe impliziert werden. Das gleiche gilt für die Art und Weise, wie die Fertigugnsschritte gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Sofern richtungsbezogene Begriffe aus Gründen der Praktikabilität zur Erleichterung der Beschreibung eingesetzt werden, umfasst die vorliegende Erfindung Implementierungen, bei denen sich die Ausrichtungen von denen unterscheiden, die genau durch die hier eingesetzten richtungsbezogenen Begriffe abgedeckt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die Beschreibung ausschließlich Zwecken der Veranschaulichung dient und den nachstehend im Text beanspruchten Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränkt. Zum Beispiel können die Widerstandsschichten 34P und 46P mit anderen Materialien gebildet werden als Cermet und/oder Silizium-Kohlenstoff-Stickstoff-Zusammensetzungen. Zu entsprechenden Beispielen zählen amorphes Silizium, leicht dotiertes polykristallines Silizium und andere elektrisch widerstandsfähige Halbleitermaterialien. Für die Elektroden 32 und 38 können andere Metalle ausgewählt werden als die vorstehend spezifizierten Metalle.
Die Emitterelektroden 32 können Querprofile in anderen Formen als senkrechten, gleichschenkeligen Trapezen aufweisen. Zum Beispiel können die Querprofile der Elektroen als Rechtecke oder invertierte gleichschenkelige Trapeze geformt werden. Das gleiche gilt für die Querprofile der Widerstandsstreifen 46.
Andere Muster, bei denen elektrisch widerstandsfähige Abschnitte lateral getrennte Elemente bzw. Abschnitte jeder Emitterelektrode 32 überlagern, können an Stelle der Muster eingesetzt werden, die durch die Widerstandsabschnitte 34, 34V, 46 und 46V vorgesehen werden. Zusätzliche elektrisch widerstandsfähige Abschnitte, die lateral getrennt sind von und erzeugt werden aus der gleichen flächendeckenden elektrisch widerstandsfähigen Schicht, als Widerstandsabschnitte 34, 34V, 46 oder 46V, können in den Zwischenräumen zwischen den Abschnitten 34, 34V, 46 oder 46V angeordnet sein und/oder können außerhalb des aktiven Bereichs des Feldemitters angeordnet sein.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Elektronenemitter können eingesetzt werden, um andere Flachbildschirmvorrichtungen als Flachbildschirm-CRT-Anzeigen herzustellen. In ähnlicher Weise können die vorliegenden Elektronenemitter als Elektronenquellen in anderen Produkten eingesetzt werden als in Flachbildschirmvorrichtungen. Verschiedene Modifikationen und Anwendungen können somit durch den Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung vorgenommen werden, ohne dabei von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den anhängigen Ansprüchen definiert ist.

Claims

Vorrichtung, die folgendes umfasst: (i) eine Gruppe lateral getrennter Emitterelektroden (32), die sich jeweils in eine Zeilenrichtung erstrecken; (ii) eine Gruppe lateral getrennter, elektrisch widerstandsfähiger Schichten (34), die sich jeweils in eine Spaltenrichtung erstrecken und die jeweils alle der Emitterelektroden überlagern; (iii) eine Gruppe lateral getrennter dielektrischer Schichten (36), die sich jeweils in die Spaltenrichtung erstrecken und die jeweils nur eine der widerstandsfähigen Schichten überlagern; (iv) eine Mehrzahl lateral getrennter Steuerelektroden (38), die sich in die Spaltenrichtung erstrecken und die jeweils nur eine der dielektrischen Schichten überlagern, wobei jede der Steuerelektroden äußere laterale Kanten aufweisen, die sich in ungefährer vertikaler Ausrichtung mit den lateralen Kanten der widerstandsfähigen Schicht und der dielektrischen Schicht befinden, die unter jeder der Steuerelektroden angeordnet sind; und dadurch gekennzeichnet, dass (v) eine Mehrzahl von Elektronen emittierenden Elementen (40) (a) an dem Teil der widerstandsfähigen Schichten angeordnet ist, der sich unmittelbar oberhalb der entsprechenden Emitterelektroden befindet; und (b) in Öffnungen (42, 44) angeordnet ist, die sich sowohl durch die Steuerelektroden als auch die dielektrischen Schichten erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, unterteilt in (a) einen aktiven Vorrichtungsbereich, der die Elektronen emittierenden Elemente aufweist, und (b) einen peripheren Vorrichtungsbereich, in dem sich Kontaktöffnungen durch die widerstandsfähige Schicht erstrecken, im Wesentlichen bis zu den Emitterelektroden nach unten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Elektronen emittierenden Elemente in einem aktiven Bereich der Vorrichtung angeordnet sind; und das Material der dielektrischen Schicht, die unter jeder Steuerelektrode liegt, in dem aktiven Bereich ununterbrochen ist, wobei Material der dielektrischen Schicht unter jeder weiteren Steuerelektrode liegt.